KR101026272B1 - 탄소나노튜브 혼합물을 함유한 열전달물질을 이용한 제설용 발열체의 시공방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 액상의 열전도성 수지로 이루어진 베이스에 탄소나노튜브 및 카본블랙을 혼합하고 전열선을 매설한 다음 성형하여 발열체를 제조하는 단계, 도로에 상기 발열체가 설치되는 설치홈을 파는 단계, 상기 설치홈에 상기 발열체를 삽입하는 단계 및 상기 전열선에 배선을 연결하는 단계를 포함하는 탄소나노튜브 혼합물을 함유한 열전달물질을 이용한 제설용 발열체의 시공방법을 제공한다. 이를 통해, 높은 에너지 효율 및 내구 강도를 가지며, 원터치 방식으로 삽입 시공이 가능함에 따라 제조, 시공 및 유지보수 비용을 절감할 수 있다.
Description
본 발명은 탄소나노튜브 혼합물을 함유한 열전달물질을 이용한 제설용 발열체의 시공방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 카본나노튜브 및 카본블랙 혼합물과 실리콘수지의 복합 구조로 이루어져 높은 에너지 효율 및 내구 강도를 가지며, 원터치 방식으로 삽입 시공이 가능한 사전 성형물로 이루어져 제조, 시공 및 유지보수 비용을 절감할 수 있는 탄소나노튜브 혼합물을 함유한 열전달물질을 이용한 제설용 발열체의 시공방법에 관한 것이다.
일반적으로, 동절기에는 적설과 결빙으로 인해 교통사고 발생 위험이 현저하게 높아진다. 특히, 우리나라는 단기간에 걸쳐 도로망의 확충과 도로의 고속화를 이루었지만, 동절기 폭설 및 결빙에 대한 도로 관리 대책 부족으로 인해 심각한 교통사고가 빈번하게 발생하고 있다. 사례 분석 결과, 결빙 노면의 상해사고 비율은 건조 노면에 비하여 4배나 높은 것으로 조사되었다. 동절기 폭설 및 도로 결빙으로 야기되는 교통사고는 직접적인 인적/물적 피해뿐 아니라, 교통 정체로 인한 사용자 비용의 증가, 물류 시스템의 효율성 저하 등의 사회적, 경제적 손실을 초래한다.
이에 따라, 도로 상의 적설과 결빙을 제거하기 위한 다양한 방법이 사용되고 있다. 국내의 경우, 제설기(Snow remover)로 눈을 밀어낸 후, 염화칼슘이나 염화칼슘과 모래 혼합물을 인력이나 기계로 살포하는 고정식 융설액 분사 방법, 고체 소금을 염화칼슘 용액(30%농도)에 적셔서 7:3의 중량비로 살포하는 습염 살포 방법(Pre-wetted salt spreading), 도로 포장체 내부에 열매체 관로를 매입 설치하여 열매체를 통해 공급되는 열에 의해 제설하는 열배관 매설 방법, 도로 포장체 내부에 전열선을 매입 설치하여 전열선의 발열에 의해 제설하는 전열선 매설 방법 등을 사용하고 있다.
그러나, 상기한 고정식 융설액 분사 방법과 습염 살포 방법은 염화칼슘 수용액에 의한 도로 훼손 및 차량 부식이 발생하며, 동절기 이후 용액 제거를 위한 탱크, 펌프, 배관 등 부수장치의 유지관리가 필요하고, 염화칼슘 수용액의 하천수 유입으로 인한 환경오염을 유발하는 등의 문제가 있다.
그리고, 열배관 매설 방법은 열매체 관로의 보호와 단열을 위해 그 매설 구조가 복잡하게 되어 시공 비용이 많이 소요되고, 도로의 노후화 및 교통 하중의 증가에 따라 파손의 위험이 높으며, 원거리의 공급원으로부터 열매체를 이송 공급함에 따라 열 손실이 과다하여 에너지 효율이 떨어지는 문제가 있다.
또한, 전열선 매설 방법의 경우, 염화칼슘 사용으로 인한 부식 및 오염 문제가 없고 열매체의 원거리 공급에 따른 에너지 낭비가 없는 등의 장점은 있으나, 종래의 전열선을 이용한 시설물은 지중에 전열선을 포설하고 이 전열선의 열을 노면으로 전달하기 위한 복잡한 구조의 열전달 매체와 보강재 등을 설치해야 했기 때문에, 시공에 과다한 비용과 시간이 소요되는 문제가 있다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 카본나노튜브 및 카본블랙 혼합물과 실리콘수지의 복합 구조로 이루어져 높은 에너지 효율 및 내구 강도를 가지며, 원터치 방식으로 삽입 시공이 가능한 사전 성형물로 이루어져 제조, 시공 및 유지보수 비용을 절감할 수 있는 탄소나노튜브 혼합물을 함유한 열전달물질을 이용한 제설용 발열체의 시공방법을 제공하는 것에 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 탄소나노튜브 혼합물을 함유한 열전달물질을 이용한 제설용 발열체의 시공방법은, 액상의 열전도성 수지로 이루어진 베이스에 탄소나노튜브 및 카본블랙을 혼합하고 전열선을 매설한 다음 성형하여 발열체를 제조하는 단계, 도로에 상기 발열체가 설치되는 설치홈을 파는 단계, 상기 설치홈에 상기 발열체를 삽입하는 단계 및 상기 전열선에 배선을 연결하는 단계를 포함한다.
본 발명에서, 상기 발열체가 삽입된 상기 설치홈에 마감재를 도포하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에서, 상기 마감재는 실리콘 수지를 포함하는 합성수지로 이루어질 수 있다.
본 발명에서, 상기 설치홈은 일 방향을 따라 복수개 형성되고, 각각의 상기 설치홈은 15㎝ 내지 25㎝ 간격을 두고 떨어져 형성될 수 있다.
본 발명에서, 상기 발열체의 하단과 상기 설치홈의 바닥면은 서로 다른 형상으로 형성되어 상기 발열체와 상기 설치홈 사이에는 공기단열층이 형성될 수 있다.
본 발명에 의하면, 일체형으로 성형된 발열체를 원터치 방식으로 설치홈에 삽입 고정하는 간단한 공정을 통해 시공함으로써, 전열식 제설 시스템의 시공에 소요되는 비용과 시간을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 전열선의 열을 지면으로 전달하는 열전달매체로서 열전도성과 내구성이 높은 실리콘 수지와 탄소나노튜브 혼합물을 이용함으로써, 버려지는 열을 최소화하여 에너지 효율을 향상시키고, 신속한 제설이 가능하며, 제설용 시설물의 수명을 연장시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 가격이 저렴한 탄소나노튜브-카본블랙 혼합물을 이용함으로써, 제설용 발열체의 제조 비용과 유지관리 비용을 더욱 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 제설용 발열체의 설치 상태를 나타낸 사시도이고,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 제설용 발열체의 설치 상태를 나타낸 평면도이며,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제설용 발열체의 연결구조를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 제설용 발열체의 설치 상태를 나타낸 평면도이며,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제설용 발열체의 연결구조를 나타낸 단면도이다.
상술한 본 발명의 목적, 특징 및 장점은 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 3을 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 제설용 발열체(100)는 가로방향 폭이 좁고 세로방향 폭이 넓은 단면 형태를 갖는 길고 납작한 블록 형태로 성형되어 도로(10)에 기형성한 설치홈(11)에 원터치 방식으로 간단하게 삽입 설치된다.
상기 발열체(100)는 열전달물질(104)의 내측 하부에 전열선(111)이 내장된 구조를 갖는다. 상기 전열선(111)은 전원 공급에 따라 발열하여 눈을 녹이기 위한 열을 공급하는 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 도면 상에는 하나의 전열선(111)이 설치된 것을 예시하였으나, 설치 조건에 따라 복수개의 전열선(111)이 구비될 수 있다.
상기 열전달물질(104)은 열전도성 수지, 바람직하게는 실리콘 수지로 이루어진 베이스(101)에 탄소나노튜브(102) 및 카본블랙(103)을 혼합하여 경화시킨 것이다. 실리콘 수지는 가격이 저렴하고, 내구성, 내열성 및 열전도성이 우수하여 상기 베이스(101)의 소재로 바람직하다.
상기 탄소나노튜브(102) 및 카본블랙(103)은 각각 별도로 구비되어 베이스(101)에 혼합될 수도 있으나, 통상적인 탄소나노튜브 제조공정에서 발생되는 중간 생산물인 탄소나노튜브-카본블랙 혼합물(CNT & CB)을 이용하는 것이 바람직하다. 이 탄소나노튜브-카본블랙 혼합물은 열전도율이 구리나 알루미늄과 같이 일반적으로 열전도성이 높다고 알려진 금속보다도 3~5배 정도 높을 정도로 매우 우수한 열전도성을 갖으며, 상당히 고가인 탄소나노튜브에 비해 가격이 매우 저렴한 장점을 갖는다.
상기 탄소나노튜브-카본블랙 혼합물은 베이스(101)를 이루는 실리콘수지의 중량을 100으로 할 때 1 ~ 5 정도의 중량의 비율로 혼합되는 것이 바람직하다.
상기한 본 발명의 제설용 발열체(100)는 탄소나노튜브-카본블랙 혼합물을 액상의 실리콘수지에 첨가한 후 고르게 혼합하여 열전달물질(104)의 원료를 만들고, 이 원료를 성형장치의 성형챔버에 투입하여 소정 형태를 갖도록 경화시키는 방식으로 제조될 수 있다. 이때, 원료의 투입 전에 성형챔버 내부에 전열선(111)을 먼저 배치하여 경화된 열전달물질(104)에 전열선(111)이 매설된 구조로 성형이 이루어지게 한다.
한편, 상기 발열체(100)는 운반이나 설치 시의 편의성 등을 고려하여 적정 길이로 제조되며, 시공 시 여러 발열체(100)를 연결하여 설치하게 된다. 이때, 각 발열체(100)의 전열선(111)이 서로 통전되도록 연결되어야 하는데, 보다 편리한 시공을 위하여 도 3에 도시한 바와 같이, 각 발열체(100)의 양측 종단부에 위치되는 전열선(111)의 단부에 서로 대응되는 형태의 접속단자(112, 113)가 구비되는 것이 바람직하다. 또한, 전원 연결의 편의를 위해서도 접속단자(112, 113)는 유용하다. 이러한 접속단자(112, 113)는 도시한 바와 같이, 암/수 잭이 결합되어 통전되는 삽입형 커넥터 구조로 이루어질 수도 있고, 보다 단순하게는 서로 맞닿아 통전되는 접촉형 커넥터 구조로 이루어질 수도 있다. 접촉형 커넥터의 경우에는 안정적인 접속이 유지될 수 있도록 적어도 일측 단자가 탄성 지지되거나 탄성 변형되는 구조의 것이 바람직하다.
또한, 상기 발열체(100)의 하부는 발열체(100)의 하부와 설치홈(11)의 내측면 사이에 공기단열층(12)이 형성될 수 있도록 설치홈(11)의 내측면과 다른 형태로 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 도시된 바와 같이 설치홈(11)을 내측단 부분이 각진 모서리를 갖는 형태인 경우, 발열체(100)의 하단부를 볼록하거나 오목한 형태로 형성할 수 있다. 이때, 발열체(100)의 폭은 설치홈(11)의 폭보다 같거나 크게 형성되어, 발열체(100)가 설치홈(11)에 대략 억지끼움 방식으로 삽입되는 것이 바람직하다. 이를 통해, 공기단열층(12)은 기밀성이 유지될 수 있다.
그러면, 본 발명의 실시예에 따른 제설용 발열체의 시공방법에 대해 설명하기로 한다.
먼저, 액상의 열전도성 수지로 이루어진 베이스(101)에 탄소나노튜브(102)와 카본블랙(103)을 혼합하고 전열선(111)을 매설한 다음 성성하여 발열체(100)를 제조한다.
다음으로, 도로(10)에 발열체(100)가 설치되는 설치홈(11)을 판다. 여기서, 설치홈(11)은 도로(10)의 진행방향에 대해 종방향 또는 횡방향을 따라 복수개 형성될 수 있다. 그리고 각각의 설치홈(11)은 차량의 타어어 폭 보다 좁게 대략 15㎝ 내지 25㎝ 간격을 두고 떨어져 형성될 수 있다. 여기서, 설치홈(11) 간의 간격이 15㎝보다 좁으면, 설치비용이 증가하게 되는 문제가 있고, 설치홈(11) 간의 간격이 25㎝보다 넓으면, 제설이 제대로 이루어지지 않는 문제가 발생될 수 있다.
다음으로, 설치홈(11)에 발열체(100)를 삽입한다. 여기서, 발열체(100)는 이미 성형되어 있으므로, 설치홈(11)에 원터치 방식으로 간편하게 삽입할 수 있다. 그리고 이 경우, 발열체(100)의 하단과 설치홈(11)의 바닥면은 서로 다른 형상, 예컨대, 발열체(100)의 하단은 볼록하거나 오목하게 형성될 수 있고, 설치홈(11)의 내측단 부분은 각진 모서리로 형성되어, 발열체(100)가 설치홈(11)에 삽입될 시 이들 사이에 공기단열층(12)이 형성될 수 있다.
다음으로, 전열선(111)에 전원케이블(121) 즉, 배선을 연결한다. 여기서, 전열선(111) 연결은 발열체(100) 설치 전에 진행될 수도 있다. 즉, 발열체(100)를 설치홈(11)에 설치한 후, 경우에 따라서는 설치 중이나 설치 전, 전원케이블(121)을 통해 전열선(111)을 전원컨트롤러(120)에 연결하여 전원 공급 제어가 가능하게 할 수 있다.
마지막으로, 발열체(100)가 삽입된 설치홈(11)에 마감재를 도포한다. 즉, 발열체(100)가 삽입된 설치홈(11)에 실리콘 수지 등의 합성수지를 사용하여 지면 즉, 도로(10)를 평탄화시키는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 발열체(100)는 종래와 같이 여러 종류의 부재를 순차적으로 설치할 필요 없이 일체형 발열체(100)를 설치홈(11)에 삽입하여 원터치 방식으로 간단하고 신속하게 설치가 가능하므로, 전열식 제설 시스템 시공에 소요되는 비용과 시간을 절감할 수 있다.
또한, 베이스(101)를 이루는 실리콘수지와 열전달을 촉진하는 탄소나노튜브(102)와 카본블랙(103)을 함유한 열전달물질(104)을 이용함으로써, 금속을 열전달매체로 하는 종래의 전열식 제설장치에 비해 구조가 간단하면서도 높은 열전달 효율을 구현하여 주변으로 버려지는 열을 최소화하면서 신속하게 눈을 녹여 제거할 수 있다.
뿐만 아니라, 가격이 저렴한 탄소나노튜브-카본블랙 혼합물과 실리콘수지를 재료로 하는 간단한 구조로 이루어지므로, 전열식 제설 시스템용 발열체(100)의 제조 비용을 절감할 수 있고, 제설 시스템의 설치 및 유지관리에 소요되는 비용과 인력을 더욱 효과적으로 절감할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.
10: 도로 11: 설치홈
12: 공기단열층 100: 발열체
101: 베이스 102: 탄소나노튜브
103: 카본블랙 104: 열전달물질
111: 전열선 112, 113: 접속단자
120: 전원콘트롤러 121: 전원케이블
12: 공기단열층 100: 발열체
101: 베이스 102: 탄소나노튜브
103: 카본블랙 104: 열전달물질
111: 전열선 112, 113: 접속단자
120: 전원콘트롤러 121: 전원케이블
Claims (5)
- 액상의 열전도성 수지로 이루어진 베이스에 탄소나노튜브 및 카본블랙을 혼합하여 지면의 설치홈에 삽입 가능한 형태의 열전달물질을 성형하고, 성형되는 상기 열전달물질의 하부에 전원 공급에 따라 발열하는 전열선을 내장하여 발열체를 제조하는 단계,
도로에 상기 발열체가 삽입 가능한 설치홈을 파는 단계,
상기 설치홈의 내부에 상기 발열체를 삽입하는 단계 및
상기 전열선에 전원 공급을 위한 배선을 연결하는 단계를 포함하며,
상기 설치홈은 일 방향을 따라 복수개 형성되고, 각각의 상기 설치홈은 15㎝ 내지 25㎝ 간격을 두고 떨어져 형성되고,
상기 발열체의 하단과 상기 설치홈의 바닥면은 서로 다른 형상으로 형성되어 상기 발열체와 상기 설치홈 사이에는 공기단열층이 형성되는 탄소나노튜브 혼합물을 함유한 열전달물질을 이용한 제설용 발열체의 시공방법. - 제1항에 있어서,
상기 발열체가 삽입된 상기 설치홈에 마감재를 도포하는 단계를 더 포함하는 탄소나노튜브 혼합물을 함유한 열전달물질을 이용한 제설용 발열체의 시공방법.
- 제2항에 있어서,
상기 마감재는 실리콘 수지를 포함하는 합성수지로 이루어지는 탄소나노튜브 혼합물을 함유한 열전달물질을 이용한 제설용 발열체의 시공방법.
- 삭제
- 삭제
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- 2010-08-04 KR KR1020100075193A patent/KR101026272B1/ko not_active IP Right Cessation
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